基础知识：薄膜铌酸锂的异质与混合集成

硅能做波导和光开关：利用等离子体色散效应，通过外加电压改变载流子浓度、进而改变折射率，就能做出硅基 MZM 或微环调制器。

但硅没有线性电光效应，调制依赖载流子输运，很难同时做到高速、低电压、低损耗。

所以在 SOI 硅光平台上，经常要靠异质集成来扩展功能。比如硅与锗的异质集成，就能用来做探测器。

另外，硅是间接带隙半导体，发光效率极低，几乎产生不了有用的光。所以硅光平台还需要和 III-V 族材料异质集成来做激光器，比如硅基 InP 激光器。

薄膜铌酸锂（TFLN）的情况也类似。TFLN 能做波导、分束器、微环谐振腔这类无源器件，也能做电光调制器、频率梳这类有源器件，但 TFLN 同样做不了激光器——因为铌酸锂是宽禁带绝缘体，价带电子被牢牢束缚在原子周围，几乎没有自由载流子参与发光复合。

因此 TFLN 也需要和 III-V 族增益材料集成，目前主要有两条技术路线。第一种是混合集成：III-V 族增益晶圆和 TFLN 晶圆各自独立完成图案化，也就是分别把波导、电极、光栅等结构做好。

由于图案化在前道工序完成，双方在混合集成之前都能单独测试和优化，能更好地保证良率。图案化完成后，把 III-V 晶圆切割成独立芯片，再通过高精度对准和组装，贴到 TFLN 芯片上。

混合集成按芯片对接方式，又分为水平端面耦合和倒装键合两种。为降低耦合损耗，通常要对 TFLN 芯片端面抛光、减小散射损耗，同时在 III-V 激光器出光面镀抗反射涂层，有时还会用模斑转换器匹配模场。

倒装键合指 III-V 芯片的有源层朝下放置，芯片表面预先做好的金锡焊料凸点对准 TFLN 芯片表面的金属电极焊盘，再通过热压或回流焊形成牢固的电气连接。

倒装键合的好处是，不需要在 TFLN 芯片侧边预留端面耦合空隙，整片晶圆表面可全部用于布置分光、调制、延时等无源光路，平面集成度更高。

也可以用微转印技术把 III-V 芯片混合集成到 TFLN 芯片上：用 PDMS 软印章拾取预制备好的激光器薄膜，移到 TFLN 基板上方，对准后贴合到表面平坦区域。

微转印能同时拾取、放置多个激光器，利于大规模生产。

上面说的混合集成，都是先让 TFLN 调制器和 III-V 激光器各自在代工厂独立完成波导、光栅、电极制备，再到封装厂把成品芯片拾取起来、贴到另一个成品芯片的凹槽里。而异质集成，是把未图案化的 III-V 薄膜通过晶圆键合整面贴合到 TFLN 衬底上，然后再一起做光刻和刻蚀。

两者的主要区别：异质集成是先键合后刻蚀，混合集成是先刻蚀后贴装。异质集成可用分子间作用力直接键合，不需要粘合剂。

但 III-V、铌酸锂、二氧化硅的热膨胀系数不同，高温下键合界面容易断裂或错位。可以用 BCB 做粘合层降低工艺难度，对表面粗糙度和清洁度要求不高；不过 BCB 导热差、不利于散热，较厚的 BCB 层还会影响倏逝波耦合效率。

与混合集成相比，异质集成采用垂直堆叠结构，通常不涉及倒装凸点。但微转印作为转移工艺，若用于转移未图案化的 III-V 薄膜，也能应用到异质集成。也正因为异质集成是先键合再制备激光器，键合前无法单独测试，其良率还有待提高。

简单汇总对比一下这几种方案：

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